Sept. 16, 2022-Toute la journée, les cellules de votre cerveau envoient et reçoivent des messages par le biais de signaux électriques et chimiques. Ces messages vous aident à faire des choses comme bouger vos muscles et utiliser vos sens – en goûtant votre nourriture, en sentant la chaleur sortir d’une cuisinière ou en lisant les mots sur cette page.

Si nous pouvions mieux comprendre comment ces messages sont envoyés et reçus, nous obtiendrions des informations puissantes sur la connexion cerveau-corps et nous éclairerions sur ce qui se passe lorsque ces connexions ne sont pas travailler-comme pour les maladies du cerveau telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.

À cette fin, les neuroscientifiques de Cedars-Sinai à Los Angeles ont construit des modèles informatiques de cellules cérébrales individuelles – les modèles les plus complexes à ce jour, disent-ils. En utilisant le calcul haute performance et l’intelligence artificielle, ou IA, les modèles, tels que décrits dans le journal Rapports de Cellule, capturent la forme, le timing et la vitesse des signaux électriques que les cellules cérébrales appelées neurones déclenchent.

La nouvelle recherche fait partie d’une quête de plusieurs décennies parmi les scientifiques pour comprendre le fonctionnement interne du cerveau, non seulement cognitivement, mais biologiquement, génétiquement et électriquement.

Les premiers chercheurs les plus célèbres étaient Alan Lloyd Hodgkin, Andrew Fielding Huxley et John Carew Eccles, qui ont remporté le prix Nobel de médecine en 1963 pour leurs découvertes sur les membranes des cellules nerveuses.

“Aujourd’hui est un moment unique où des ensembles de données détaillés sur un seul neurone sont disponibles en grande quantité et pour de nombreuses cellules”, explique l’auteur de l’étude, Costas Anastassiou, PhD, chercheur au Département de neurochirurgie de Cedars-Sinai. “La taille et la vitesse d’aujourd’hui’les ordinateurs s nous permettent d’explorer des mécanismes [détaillés] au niveau d’une seule cellule – pour chaque cellule.”

Comment Modélisez-Vous l’Activité des Cellules Cérébrales à l’Aide d’un Ordinateur?

Il s’avère que les impulsions électriques que les neurones utilisent pour communiquer peuvent être répliquées à l’aide d’un code informatique.

” Nous avons reproduit les formes d’onde de tension distinctes et les trajectoires temporelles de ces impulsions à l’aide d’équations mathématiques », explique Anastassiou. Ensuite, ils ont construit des modèles informatiques en utilisant des ensembles de données provenant d’expériences sur des souris.

Ces expériences mesurent certaines choses dans les cellules – comme leur taille, leur forme et leur structure, ou comment elles réagissent aux changements. Chaque modèle de cellule combine tous ces éléments et peut aider à révéler comment ils se connectent.

Les modèles informatiques peuvent réconcilier deux informations essentielles: la constitution cellulaire (éléments constitutifs des cellules cérébrales) et les schémas observés au cours de l’activité cérébrale. Avec l’aide de l’ordinateur, les liens entre les ensembles de données deviennent clairs. Cela pourrait aider à ouvrir la voie à la découverte de ce qui provoque réellement le changement du cerveau, disent les chercheurs – une étape cruciale pour examiner les troubles.

Que Peuvent Nous Dire les Ordinateurs Sur le Cerveau Humain?

L’une des utilisations potentielles intéressantes des modèles de cellules cérébrales serait de tester toutes sortes de théories sur les troubles cérébraux qui seraient difficiles ou impossibles à créer par des expériences en laboratoire. Au-delà de cela, le travail peut conduire à de nouvelles connaissances sur le cerveau: à quel point les cellules cérébrales sont similaires ou différentes, ce qui les relie ou les rend différentes, et ce que cela signifie à travers un éventail de propriétés.

Les ordinateurs et les mathématiques racontent des histoires sur le cerveau, et Anastassiou dit que pour lui, la fascination vient de la simplicité du résultat et de la richesse de leurs impacts.

“J’ai toujours été fasciné par la question de savoir comment les équations mathématiques représentent les cellules vivantes, informatiques et biologiques – en particulier pour le cerveau, l’épicentre de ce qui fait de nous des humains”, dit-il.